8. Atomkerne und Elementarteilchen

8. Atomkerne und Elementarteilchen
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8.12
8.13
Rutherfords Streuexperimente
Ernest Rutherford
Die Entdeckung des Neutrons
Kernspaltung
Otto Hahn und Lise Meitner
Die Entdeckung des Positrons
Quanten-Elektrodynamik
Richard Feynman
Die Entdeckung des Neutrinos (Paulis Voraussage
und Reines Nachweis)
Die Verletzung der Parität im ß-Zerfall
Teilchen Beschleuniger
Hinweise auf eine Struktur des Protons
Nachweis der Quarks und Gluonen im Proton
Entdeckung des Atomkerns durch Rutherford (1911)
Streuung von a-Teilchen an Goldkernen
Streuung von Alphateilchen – Geigers Messungen aus dem Jahre 1908
This apparatus was described in a 1908 paper by Hans Geiger. It could only
measure deflections of a few degrees.
R: radioaktive Quelle
S: Spalt, auf den eine Folie aufgebracht werden konnte.
Z: Zinksulfidschirm
M: Beobachtungsmikroskop
Verteilung der a-Teilchen auf dem Schirm
A: ohne Goldfolie
B: mit einer Goldfolie
C: mit zwei Goldfolien
Streuung von Alphateilchen – Geiger und Marsden, Ergebnisse 1909
AB: Gemischte Quelle:
Ra Em, Ra A und Ra C
A: Reine Ra C-Quelle
In these experiments, alpha particles emitted by a radioactive
source (A) were observed bouncing off a metal reflector (R) and
onto a fluorescent screen (S) on the other side of a lead plate (P).
Folgende Punkte wurden mit den beiden Apparaturen untersucht:
1. Der relative Betrag der Reflexion bei verschiedenen Metallen,
2. der relative Betrag der Reflexion bei einem Metall in Abhängigkeit von der Dicke,
3. der Anteil der auftreffenden a-Teilchen, der reflektiert wurde.
Ergebnis: Mit der Apparatur aus Fig. 3 wurde gemessen, dass an einer dünnen
Platinfolie von 8000 a-Teilchen eins reflektiert wurde.
Streuung von Alphateilchen: Rutherford (1911), Geiger und Marsden (1913)
Rutherford developed a mathematical equation that modeled how the foil should
scatter the alpha particles if all the positive charge was concentrated in a single
point at the center of an atom.
Ernest Rutherford
(1871 – 1937)
Hans Geiger
(1882 – 1945)
Ernest Marsden
(1889 – 1970)
This apparatus was described in a 1913 paper by Geiger and Marsden. It was designed to
accurately measure the scattering pattern of the alpha particles produced by the metal
foil (F). The microscope (M) and screen (S) were affixed to a rotating cylinder and could be
moved a full circle around the foil so that they could count scintillations from every angle.
Streuung von Alphateilchen im Thomson- und im Rutherfordmodell
Left: Had Thomson's model been correct, all
the alpha particles should have passed
through the foil with minimal scattering.
Right: What Geiger and Marsden observed
was that a small fraction of the alpha
particles experienced strong deflection.
8. Atomkerne und Elementarteilchen
8.1
8.2
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Rutherfords Streuexperimente
Ernest Rutherford
Die Entdeckung des Neutrons
Kernspaltung
Otto Hahn und Lise Meitner
Die Entdeckung des Positrons
Quanten-Elektrodynamik
Richard Feynman
Die Entdeckung des Neutrinos (Paulis Voraussage
und Reines Nachweis)
Die Verletzung der Parität im ß-Zerfall
Teilchen Beschleuniger
Hinweise auf eine Struktur des Protons
Nachweis der Quarks und Gluonen im Proton
Ernest Rutherford (1871 – 1937)
1871 In der Nähe von Nelson (NZ) geboren
Studium am Canterbury College in Christchurch
1895 Stipendium für weitere Studien in England, wo er zu J. J. Thomson nach
Cambridge ging; Arbeiten auf dem Gebiet der radioaktiven Strahlung
1898 Professur in Montreal, Kanada
1907 Rückkehr nach England auf einen Lehrstuhl in Manchester; berühmte
Versuche: Identifikation der a-Strahlung und Entdeckung des Atomkerns
1908 Nobelpreis für Chemie
1912 Zusammenarbeit mit Niels Bohr
1914 In den Adelsstand erhoben
1919 Nachfolger von J. J. Thomson als Leiter des Cavendish-Laboratoriums
1920 Voraussage des Neutrons
1925 Präsident der Royal Society
1932 Erhielt er die Baronie: First Baron of Nelson and Cambridge
1937 beigesetzt in der Westminster Abbey in der Nähe von Newtons Grab
8. Atomkerne und Elementarteilchen
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Rutherfords Streuexperimente
Ernest Rutherford
Die Entdeckung des Neutrons
Kernspaltung
Otto Hahn und Lise Meitner
Die Entdeckung des Positrons
Quanten-Elektrodynamik
Richard Feynman
Die Entdeckung des Neutrinos (Paulis Voraussage
und Reines Nachweis)
Die Verletzung der Parität im ß-Zerfall
Teilchen Beschleuniger
Hinweise auf eine Struktur des Protons
Nachweis der Quarks und Gluonen im Proton
Erste beobachtete Kernreaktion
Rutherford 1919
4He
+ 14N 
17O
+p
Spur des
Sauerstoffkerns
Protonenspur
Entdeckungsgeschichte des Neutrons
1920 Rutherford vermutete ein neutrales Teilchen mit etwa die Masse des Protons
Ernest Rutherford
1871 - 1937
Walter Bothe
1891 - 1957
1930 Bothe und Becker entdeckten beim Beschuss von Beryllium mit den Alphateilchen
eine elektrisch neutrale durchdringende Strahlung.
1931 Irene und Frederic Joliot-Curie ließen diese Strahlung auf Paraffin auftreffen und
messen in einer dahinter aufgestellten Ionisationskammer einen beachtlichen
Strom. Deutung als Comptoneffekt an Protonen.
Irène Joliot-Curie
(1897 – 1956)
Frédéric Joliot
(1900 – 1958)
1932 Chadwick glaubte nicht an einen "Comptoneffekt beim Proton“. Er nahm an, dass
die "Beryllium-Strahlung" aus Neutronen besteht. Es gelang ihm experimentell
nachzuweisen, dass das Neutron in etwa die Protonenmasse besitzt.
James Chadwick
1891 -1974
Nobelpreis 1935
Entdeckung des Neutrons (1932)
James Chadwick
(1891 – 1974)
Nobelpreis 1935
Lead
Radiation
Kernreaktion im Beryllium:
a + 9Be  12C + n
Das Neutron ist das erste künstlich erzeugte, in der Natur
nicht frei vorkommende Teilchen.
Chadwicks Apparatur zum Nachweis der Neutronen
The neutron ionization detection chamber used by
Chadwick to discover the neutron. A polonium alpha
emitter source is placed behind a sample of beryllium.
When beryllium is hit by the alpha particles, neutrons
are emitted. The neutrons then hit a piece of paraffin,
which ejected protons into the ionization chamber. By
observing the speed of these protons, Chadwick was
able to calculate the mass of the neutron to be roughly
the same as the proton.
8. Atomkerne und Elementarteilchen
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Rutherfords Streuexperimente
Ernest Rutherford
Die Entdeckung des Neutrons
Kernspaltung
Otto Hahn und Lise Meitner
Die Entdeckung des Positrons
Quanten-Elektrodynamik
Richard Feynman
Die Entdeckung des Neutrinos (Paulis Voraussage
und Reines Nachweis)
Die Verletzung der Parität im ß-Zerfall
Teilchen Beschleuniger
Hinweise auf eine Struktur des Protons
Nachweis der Quarks und Gluonen im Proton
1934 beginnt der Weg zur Kernspaltung
Um auch bei schwereren Elementen durch Kernreaktionen
künstliche Radioaktivität zu erzeugen, beschießt Fermi in Rom 68
Elemente mit Neutronen und beobachtet bei 47 eine
Kernumwandlung. Dabei stellt er fest, dass langsame Neutronen
von Kernen besser eingefangen werden als schnelle. Beim Beschuss
von Uran vermutet er, auf diese Weise Transurane erzeugen zu
können.
Nobelpreis für Physik 1938
Enrico Fermi
In Berlin beginnen Lise Meitner, Otto Hahn und Fritz Strassmann im KWI für Chemie ebenfalls
mit dem Beschuss von Uran mit Neutronen.
Nach dem Anschluss Österreichs flieht Lise Meitner im Sommer 1938 nach Schweden.
Gegen Jahresende sind sich Hahn und Strassmann sicher, in den Reaktionsprodukten Barium
gefunden zu haben, was sie allerdings nicht erklären können.
Otto Hahn und Fritz Strassmann
Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie
Historisches Umfeld
1922
Mussolini Ministerpräsident in Italien;
schleichende Einführung der faschistischen
Diktatur, Judenverfolgung ab 1938
1933
Hitler deutscher Reichskanzler,
nationalsozialistische Diktatur
Judenverfolgung
Anschluss Österreichs 1938
1936
Beginn des Spanischen Bürgerkriegs,
Sieg von General Franco 1939
Kurz nach Weihnachten 1938 gelingt es Lise Meitner
und ihrem Neffen Otto Frisch, die Berliner Ergebnisse
mit Hilfe des Tröpfchenmodells als Kernspaltung zu
erklären.
Lise Meitner und Otto Frisch
Kernspaltung
Beispiel für eine Kernspaltung
Besonderheiten bei der Entdeckung der Kernspaltung
• Die Uranspaltung wurde nicht von Physikern, sondern von Chemikern entdeckt.
• Sie wurde nicht an den Großgeräten gefunden, sondern mit Neutronenquellen, kleinen
mit Beryllium und Radium gefüllten Röhrchen.
• Es gab keine theoretische Vermutung, auf Grund derer sie entdeckt wurde.
• Weder die Relativitätstheorie noch die Quantenmechanik spielte eine (entscheidende)
Rolle, sondern das Interesse an der Radioaktivität und eine hohe Experimentierkunst.
• Auf dem Weg zur Entdeckung der Spaltung spielten 3 Frauen (Marie Curie, Irène JoliotCurie und Lise Meitner) eine wichtige Rolle.
8. Atomkerne und Elementarteilchen
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Rutherfords Streuexperimente
Ernest Rutherford
Die Entdeckung des Neutrons
Kernspaltung
Otto Hahn und Lise Meitner
Die Entdeckung des Positrons
Quanten-Elektrodynamik
Richard Feynman
Die Entdeckung des Neutrinos (Paulis Voraussage
und Reines Nachweis)
Die Verletzung der Parität im ß-Zerfall
Teilchen Beschleuniger
Hinweise auf eine Struktur des Protons
Nachweis der Quarks und Gluonen im Proton
Otto Hahn (1879 - 1968)
1879
1897
1905
1907
1910
1912
1929
1934
1938
1945
1946
1948
1957
1968
In Frankfurt am Main geboren
Studium der Chemie an der Uni Gießen, Abschluss mit Promotion
Arbeit bei Ernest Rutherford in Kanada
Beginn der Zusammenarbeit mit Lise Meitner in Berlin
Hahn wird Professor
Eröffnung des KWI für Chemie in Berlin, Hahn Leiter der Abteilung für
Radioaktivität
Direktor des KWI für Chemie
Nach dem Ausschluss von Lise Meitner Austritt aus der Universität Berlin
Entdeckung der Kernspaltung
Internierung in England
Rückkehr nach Göttingen, Präsident der KWG, Nobelpreis für Chemie
Präsident der Max-Planck-Gesellschaft
Göttinger Erklärung gegen die Atombewaffnung der Bundesrepublik
Tod durch Herzversagen
Lise Meitner (1878 – 1968)
1878 Geboren in Wien
1901 Externe Reifeprüfung nach privater Vorbereitung
danach Studium der Physik, Mathematik und Philosophie an der
Universität Wien
1906 Promotion in Physik, als 2. Frau an der Uni Wien
1907 Wechsel nach Berlin zur weiteren wissenschaftlichen Ausbildung,
Zusammentreffen mit Otto Hahn
1912 (Inoffizielle) Assistentin bei Max Planck, ein Jahr später wiss. Mitglied
am KWI
1914 Während des Krieges Röntgenschwester an der Front
1918 Eigene radiophysikalische Abteilung am KWI
1922 Habilitation, anschließend Dozentin
1926 a.o. Professorin für experimentelle Kernphysik
1933 Entziehung der Lehrbefugnis
1938 Emigration über Holland nach Schweden, von dort erste physikalische
Deutung der Kernspaltung
Otto Hahn und Lise Meitner
Im Kaiser Wilhelm Institut für Chemie (1913)
Bei der Einweihung des Hahn-Meitner-Instituts (1959)
Fritz Strassmann (1902 – 1980)
1920
Abitur in Düsseldorf; danach Studium der Chemie an der Technischen Hochschule in Hannover
1929
1932
Promotion; im gleichen Jahr Stipendiat bei Otto Hahn im KWI für Chemie in Berlin
Nach Auslaufen des Stipendiums Weiterarbeit ohne Bezahlung
1934
Ablehnung eines finanziell reizvollen Angebots der Privatwirtschaft, da dafür ein Eintritt in eine NSOrganisation notwendig gewesen wäre.
Im gleichen Jahr Austritt aus dem Berufsverband der Chemiker
Wegen seiner ablehnenden Haltung gegen das NS-Regime war für ihn eine Habilitation unmöglich.
Zusammenarbeit mit Hahn und Meitner bei der Untersuchung der Reaktionsprodukte aus dem
Beschuss von Uran mit Neutronen
1935
1938
Assistent am KWI
Zusammen mit Otto Hahn Entdeckung der Kernspaltung; Weiterarbeit an den Spaltprodukten
1944
Evakuierung des KWI nach Tailfingen
1946
Neugründung der Universität Mainz durch die Franzosen; Berufung von Fritz Strassmann zum
Ordinarius und Direktor des Instituts für anorganische Chemie
Leitung des KWI
1966
Enrico Fermi Preis der US Atomic Energy Commission (zusammen mit Hahn und Meitner)
1985
Posthum Ehrung als „Gerechter der Völker“, weil er 1943 in seiner Wohnung eine ihm kaum
bekannte Jüdin versteckte.
Fritz Strassmann (1950)
„Ach, ich dachte schon, den Strassmann
gibt es gar nicht!“
Begrüßung in Kopenhagen durch Niels
Bohr im Jahre 1960
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Rutherfords Streuexperimente
Ernest Rutherford
Die Entdeckung des Neutrons
Kernspaltung
Otto Hahn und Lise Meitner
Die Entdeckung des Positrons
Quanten-Elektrodynamik
Richard Feynman
Die Entdeckung des Neutrinos (Paulis Voraussage
und Reines Nachweis)
Die Verletzung der Parität im ß-Zerfall
Teilchen Beschleuniger
Hinweise auf eine Struktur des Protons
Nachweis der Quarks und Gluonen im Proton
Dirac Gleichung (1928)
Schrödinger Gleichung
f(x,t) ist eine skalare Funktion
Dirac Gleichung
Pn = i h∂/∂xn
Die an sind 4x4 Matrizen!
Die Wellenfunktion y(x,t) ist keine skalare Funktion sondern ist ein sog.
Spinor mit 4 Komponenten.
Komponenten 1 und 2: Wellenfunktion für ein Teilchen mit Masse m, Ladung
e, Spin ½ und magn. Moment eh/2mc.  Elektron
Komponenten 3 und 4: Wellenfunktion für ein Teilchen mit Masse m, Ladung
- e, Spin ½ und magn. Moment eh/2mc. Reales
Teilchen?
Die Entdeckung des Positrons
Spur eines geladenen Teilchens im
Magnetfeld. Da die Krümmung
oberhalb der Bleiplatte stärker ist als
unten, muss das Teilchen von unten
eingefallen und positiv geladen sein.
6 mm dicke Bleiplatte
Cloud chamber photograph by Carl D. Anderson of the first positron ever identified.
Anderson discovered the positron on August 2, 1932, for which he won the Nobel Prize for Physics in
1936. Anderson also coined the term positron.
Erzeugung zweier Elektron-Positron-Paare
in einer Nebelkammer
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Rutherfords Streuexperimente
Ernest Rutherford
Die Entdeckung des Neutrons
Kernspaltung
Otto Hahn und Lise Meitner
Die Entdeckung des Positrons
Quanten-Elektrodynamik
Richard Feynman
Die Entdeckung des Neutrinos (Paulis Voraussage
und Reines Nachweis)
Die Verletzung der Parität im ß-Zerfall
Teilchen Beschleuniger
Hinweise auf eine Struktur des Protons
Nachweis der Quarks und Gluonen im Proton
Lambshift
40 Mikro eV
(Feinstruktur)
4 Mikro eV
(Lamb shift)
10 eV
Spektrum des Wasserstoffatoms
Willis E. Lamb, Robert C. Retherford: Fine Structure of the Hydrogen Atom by a Microwave Method. In: Physical Review. 72, Nr. 3,
1947, S. 241–243. Nobelpreis 1955
1947 Konferenz auf Shelter Island bei New York
Lamb präsentiert seine Messungen
Auf der Rückreise von der Konferenz gelingt Bethe die erste Berechnung
Entwicklung der Quantenfeldtheorie durch Richard Feynman, Julian
Schwinger, Sin-Itiro Tomonaga und Freeman Dyson.
Die elektromagnetischen Felder werden quantisiert, d.h. als eine
Überlagerung von Erzeugungs- und Vernichtungs-Operatoren von
Photonen dargestellt.  Entwicklung in Feynman Diagrammen
1965 Nobelpreis an Feynamn, Schwinger und Tomonaga
Feynman-Diagramme
Abstoßung zwischen zwei Elektronen
durch den Austausch eines Photons
Die Genauigkeit der Quantenelektrodynamik
am Beispiel des g-Faktors des Müons
Experiment: g = 2.0023318416(13)
Theorie (QED): g = 2.0023318361(10)
Differenz:
Dg = 0.0000000054 (16)
m = 1/ 2 ∙ g ∙ mB
8. Atomkerne und Elementarteilchen
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Rutherfords Streuexperimente
Ernest Rutherford
Die Entdeckung des Neutrons
Kernspaltung
Otto Hahn und Lise Meitner
Die Entdeckung des Positrons
Quanten-Elektrodynamik
Richard Feynman
Die Entdeckung des Neutrinos (Paulis Voraussage
und Reines Nachweis)
Die Verletzung der Parität im ß-Zerfall
Teilchen Beschleuniger
Hinweise auf eine Struktur des Protons
Nachweis der Quarks und Gluonen im Proton
Richard Feynman (1918 – 1988)
1918 Geboren in New York
1935 Studium der Physik am MIT, Promotion in
Princeton
1943 Manhattan Project in Los Alamos
1945 Assoc. Professor an der Cornell University
1950 Professor am CalTec in Berkeley, Feynman
Lectures
1965 Nobelpreis für Physik
1988 Gestorben in Los Angeles
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Rutherfords Streuexperimente
Ernest Rutherford
Die Entdeckung des Neutrons
Kernspaltung
Otto Hahn und Lise Meitner
Die Entdeckung des Positrons
Quanten-Elektrodynamik
Richard Feynman
Die Entdeckung des Neutrinos (Paulis Voraussage
und Reines Nachweis)
Die Verletzung der Parität im ß-Zerfall
Teilchen Beschleuniger
Hinweise auf eine Struktur des Protons
Nachweis der Quarks und Gluonen im Proton
Energiespektrum der Elektronen beim Beta Zerfall
Beispiele:
Betaspektrum schematisch: Zahl der Elektronen pro Zeiteinheit und
pro Energieeinheit als Funktion ihrer kinetischen Energie
Paulis Hypothese der Emission eines zusätzlichen neutralen Teilchens beim b-Zerfall
Wolfgang Pauli (1900 – 1958)
Offener Brief vom 04.12.1934 an die Gruppe der Radioaktiven bei der
Gauvereins-Tagung zu Tübingen:
„Liebe radioaktive Damen und Herren, wie der Überbringer dieser Zeilen,
den ich huldvollst anzuhören bitte, Ihnen des Näheren auseinandersetzen
wird, bin ich angesichts… des kontinuierlichen Betaspektrums auf einen
verzweifelten Ausweg verfallen… dass beim Betazerfall mit dem Elektron
jeweils noch ein Neutron [später Neutrino genannt] emittiert wird... Also,
liebe Radioaktive, prüfet und richtet. - Leider kann ich nicht persönlich in
Tübingen erscheinen, da ich infolge eines in der Nacht vom 6. zum 7.
Dezember in Zürich stattfindenden Balles hier unabkömmlich bin… “
Wolfgang Pauli
im Jahre 1926
Der Energiesatz war gerettet, aber auf Kosten eines unsichtbaren Teilchens, von dem Pauli selbst später
sagte: "Ich habe etwas Schreckliches getan. Ich habe ein Teilchen vorausgesagt, das nicht nachgewiesen
werden kann."
Cowan-Reines-Neutrinoexperiment - „Detecting the Poltergeist“
Stufe 1: Antineutrinos (Fluss 1013/cm2s) aus einem Reaktor fallen auf ein Proton und
in einem inversen b-Zerfall entstehen ein Neutron und ein Positron
Stufe 2: Das Positron wird durch die Vernichtungsstrahlung nachgewiesen, und das
Neutron wird von einem Cadmium Kern eingefangen und zeitverzögerte gRate: 3 Ereignisse/Stunde
Strahlung wird nachgewiesen.
Juni 1956: Telegramm an Pauli: We are happy to inform you that we have defintely detected neurinos from fission fragments by
observing inverse beta decay of protons. Observed cross section agrees well with expected 6 10-44 cm².
1995 Nobelpreis an Reines
8. Atomkerne und Elementarteilchen
8.1
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Rutherfords Streuexperimente
Ernest Rutherford
Die Entdeckung des Neutrons
Kernspaltung
Otto Hahn und Lise Meitner
Die Entdeckung des Positrons
Quanten-Elektrodynamik
Richard Feynman
Die Entdeckung des Neutrinos (Paulis Voraussage
und Reines Nachweis)
Die Verletzung der Parität im ß-Zerfall
Teilchen Beschleuniger
Hinweise auf eine Struktur des Protons
Nachweis der Quarks und Gluonen im Proton
Die Verletzung der Parität bei der schwachen Wechselwirkung
1. Hypothese Lee und Yang zur Lösung des Theta-Tau Rätsels
2. Experiment Wu et al.
Die Chinesen sind an der Vorfront der Physik angekommen
(In China geboren, in den USA studiert und gearbeitet)
1912- 1997
geb. 1926
geb. 1922
Okt. 1956: Paper, in dem Lee und Yang die Hypothese der Paritätsverletzung formulieren
Jan. 1957: Paper mit dem experimentellen Nachweis der Paritätsverletzung durch Wu et al.
Herbst 1957: Nobelpreis an Lee und Yang (und nicht an Wu)
8. Atomkerne und Elementarteilchen
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Rutherfords Streuexperimente
Ernest Rutherford
Die Entdeckung des Neutrons
Kernspaltung
Otto Hahn und Lise Meitner
Die Entdeckung des Positrons
Quanten-Elektrodynamik
Richard Feynman
Die Entdeckung des Neutrinos (Paulis Voraussage
und Reines Nachweis)
Die Verletzung der Parität im ß-Zerfall
Teilchen Beschleuniger
Hinweise auf eine Struktur des Protons
Nachweis der Quarks und Gluonen im Proton
Teilchenbeschleuniger
Das Werkzeug der Hochenergiephysiker zur Erzeugung von Teilchen mit sehr hohen
Energien
• hoher Impuls bedeutet kleine Wellenlänge und damit gute Auflösung, da l = h/p
• hohe (Schwerpunkts-) Energien bieten die Möglichkeit zur Erzeugung neuer Teilchen
1932 erster Linearbeschleuniger von Cockroft und Walton (600 keV) (Nobelpreis 1951)
1932 erstes Zyklotron von Ernest Lawrence (Nobelpreis 1939)
[1943 erstes Zyklotron in Heidelberg, gebaut von Wolfgang Gentner und Walter Bothe]
1945 erstes Elektronen Synchrotron von Edwin McMillan (320 MeV)
(Er erhielt 1951 zusammen mit Glenn Seaborg den Nobelpreis für Chemie für die erste Herstellung
eines Transurans.)
Linearbeschleuniger von Cockroft und Walton (600 keV)
Zyklotron
(Energien von einigen 10 MeV)
Diagram of cyclotron operation from
Lawrence's 1934 patent. The "D" shaped
electrodes are enclosed in a flat vacuum
chamber, which is installed in a narrow gap
between the two poles of a large magnet.
Synchrotron ( GeV und TeV, je nach Stärke der Magnetfelder in den
Ablenkmagneten und nach dem Durchmesser des Rings)
Large Hadron Collider bei Genf
(Durchmesser 8 km; supraleitende Magnete)
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Rutherfords Streuexperimente
Ernest Rutherford
Die Entdeckung des Neutrons
Kernspaltung
Otto Hahn und Lise Meitner
Die Entdeckung des Positrons
Quanten-Elektrodynamik
Richard Feynman
Die Entdeckung des Neutrinos (Paulis Voraussage
und Reines Nachweis)
Die Verletzung der Parität im ß-Zerfall
Teilchen Beschleuniger
Hinweise auf eine Struktur des Protons
Nachweis der Quarks und Gluonen im Proton
Ist das Proton zusammengesetzt?
Erster Hinweis: der g-Faktor des
Protons ist nicht 2 (wie beim Elektron)
sondern g = 5.58 : Experiment von Otto
Stern 1933 mithilfe eines Stern-Gerlach
Experiments für Wasserstoff Moleküle.
Er fand g = 5.
Nobelpreis 1943
Zweiter Hinweis: Das Proton ist nicht
punktförmig, sondern ausgedehnt mit
einem Radius von etwa 1 fm =10-15 m.
Experiment: elastische Streuung von
hochenergetischen Elektronen an
Protonen (Robert Hofstadter geb 1915;
Nobelpreis 1961)
Hofstadters experimenteller Aufbau
Ladungsverteilung
verschiedener Atomkerne
8. Atomkerne und Elementarteilchen
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Rutherfords Streuexperimente
Ernest Rutherford
Die Entdeckung des Neutrons
Kernspaltung
Otto Hahn und Lise Meitner
Die Entdeckung des Positrons
Quanten-Elektrodynamik
Richard Feynman
Die Entdeckung des Neutrinos (Paulis Voraussage
und Reines Nachweis)
Die Verletzung der Parität im ß-Zerfall
Teilchen Beschleuniger
Hinweise auf eine Struktur des Protons
Nachweis der Quarks und Gluonen im Proton
Das Oktett der Baryonen
Die Massen der Nukleonen (n, p) sind etwa 1000 MeV/c2,
die Massen der S- und L- Baryonen etwa 1200 MeV/c2 und
die Massen der X-Teilchen etwa 1320 MeV/c2.
Das Klassifikationssystem SU(3) wurde
1961 von Gell-Mann und Nishijima
eingeführt
1964 postulierten Gell-Mann und Zweig
die Existenz von Quarks. Auch das Wort
„Quark“ geht auf Gell-Mann zurück.
Nobelpreis 1969
Murray Gell-Mann geb. 1929
Elektron - Proton - Stoß
Hierbei wird ein Quark aus dem Proton herausgeschlagen.
Links: schematische Darstellung.
Rechts: die Spuren eines Ereignisses am DESY in Hamburg
Die innere Struktur des Protons
Die Konstituenten der Materie nach dem Standard Modell der Elementarteilchen
Das Higgs Boson
Peter Higgs geb. 1929; Higgs Mechanismus 1964;
Nobelpreis mit Englert 2013
Zerfall eines Higgs-Bosons in 4 Leptonen